K403合金高温低周应变疲劳寿命预测方法研究

对材料K403进行700℃应变控制的低周疲劳试验.用Manson-Coffin方程进行数据处理,并对该材料700℃时的低周疲劳寿命进行预测.针对在用Manson-Coffin方程进行数据处理时出现负的塑性应变和寿命预测结果不理想的情况,提出一种基于应力疲劳和Manson-Coffin方程的等温低周应变疲劳寿命预测方法,并用该方法对材料K403在700℃时的低周疲劳数据进行处理,得到寿命预测方程.通过寿命预测发现,该方法得到的寿命预测方程不仅使试验数据得到充分的利用,而且寿命预测能力较Manson-Coffin方程的寿命预测能力有明显提高.     

高温应变时效对P92钢高温低周疲劳性能的影响

分别在应力与应变控制下对P92钢进行550℃高温低周疲劳试验,研究该钢在不同应变幅(0.2％～1.0％)和应力幅(280～350 MPa)下的疲劳行为;对P92钢进行不同预拉伸应变(0～4％)和温度(250～350℃)下的应变时效处理后,研究该钢的高温拉伸与低周疲劳性能.结果表明:在应变控制下,P92钢的应变与疲劳寿命关系符合Manson-Coffin方程,在低应变幅(低于0.7％)下P92钢出现先循环硬化后循环软化现象;在应力控制下,应变与疲劳寿命关系不遵循Manson-Coffin方程,高应力幅(350 MPa)下P92钢出现先循环硬化后循环软化现象;应变时效处理可提高P92钢的屈服强度,且高温拉伸曲线出现Portevin-Le Chatelier屈服效应;应变时效处理后P92钢在应力控制下的应变与寿命关系不遵循Manson-Coffin方程,且其低周疲劳寿命大幅降低.     

不同温度下16Cr3NiWMoVNbE结构钢的低周疲劳行为

对16Cr3NiWMoVNbE结构钢在25,100,200,300,350℃下进行了应变比为-1的总应变控制的低周疲劳(LCF)试验,研究了不同温度下该结构钢的循环应力响应、疲劳寿命和循环应力-应变行为。结果表明:试验钢在温度不高于200℃时,表现出循环软化的现象,而在300℃时,表现出明显的循环硬化现象;随着温度的升高,疲劳寿命有下降的趋势,利用三参数幂函数公式能较好地表征不同温度下的应变-寿命关系。     

核级管道不锈钢316LN的低周疲劳特性研究

在室温下,对核级管道不锈钢材料316LN试样进行了不同应变幅的低周疲劳试验研究,得到了316LN试样的循环应力-应变响应特征及低周疲劳寿命曲线。基于疲劳过程中、不同应变幅水平下,循环应力-应变迟滞回线的试验结果,分析了应力峰值、谷值和循环弹性模量随疲劳循环数的变化规律,研究了316LN试样的疲劳特性和疲劳寿命曲线特征,并与ASME疲劳设计曲线进行了对比。试验结果表明,试样初始循环表现出循环硬化,随后表现出循环软化直至失效;初始前10%疲劳寿命期内循环弹性模量缓慢下降,然后几乎保持不变,在达到80%～90%寿命后开始下降; Basquin和Manson-Coffin公式可以很好地描述0. 2%～0. 7%应变幅范围内的应变-疲劳寿命曲线。     

一种考虑材料损伤的低循环疲劳寿命预测方法

为了更加精确地预测材料的低循环疲劳寿命,对三参数幂函数公式和拉伸滞后能寿命模型进行研究,提出了基于三参数幂函数的损伤能寿命预测模型。分别利用该模型和Manson-Coffin公式对高温合金、钛合金及结构钢等多种材料的低周疲劳试验数据进行拟合并将其分析结果进行对比;根据GH4133合金250℃时的低循环疲劳试验数据,建立了该条件下材料的循环应力-应变曲线和损伤能寿命预测模型,同时对曲线及模型进行验证。结果表明:建立的循环应力-应变曲线能够正确反映该条件下材料的应力与应变之间的关系;所提出的损伤能寿命预测模型对12种材料的低周疲劳试验数据的拟合效果较好,寿命预测精度明显高于Manson-Coffin公式。     

总应变-应变能区分法

借鉴HALFORD和SALTSMAN发展总应变-应变范围区分法(TS-SRP)的经验,基于应变能区分法(SEP)建立总应变-应变能区分法(TS-SEP).类似于TS-SRP,TS-SEP同时反应了材料失效行为和流动行为两个方面的特征.通过材料循环流动行为的经验方程,建立弹性应变范围-寿命方程,然后与由SEP确定的非弹性应变范围-寿命方程相加,获得循环总应变范围与疲劳寿命之间的关系.寿命预测时,TS-SEP不需要区分非弹性应变分量,因此特别适应于非弹性变形较小的高强度、低延性材料,扩大了SEP的应用范围.通过Rene95和AF2-1DA两种镍基高温合金蠕变疲劳试验数据的初步验证,结果表明:TS-SEP比SEP具有更可靠的预测结果,对Rene95材料基本试验的预测精度有97.5%在2倍因子范围内,对AF2-1DA材料基本试验的预测结果全在2倍因子范围之内.对验证性试验,TS-SEP在四种方法(TS-SEP,TS-SRP,SEP和SRP)中具有最高的预测精度.     

不同应变比下GH3030合金的高温低周疲劳行为

对镍基高温合金GH3030在600℃进行了总应变控制的低周疲劳(LCF)试验,对不同应变比(-1和0.1)下的应力-应变滞后回线、循环应力响应、应变寿命关系及低周疲劳断口形貌进行了研究。结果表明:在高应变水平时,试验合金表现为明显的循环硬化现象,在低应变水平下,则表现先软化后硬化的现象;在不同的应变比下,应力-应变滞后回线的形状比较接近,同一应变水平下疲劳寿命差别不明显,疲劳断口裂纹扩展区均可见轮胎花样特征。     

涡轮盘高温合金的低循环疲劳性能

本文研究了四种航空发动涡轮盘高温合金的低循环应变疲劳性能,结果表明,在600、650℃空气介质中,当总应变范围Δε_T<1.51%时,GH132合金的疲劳性能优于GH36合金;600、700℃下,GH33A优于GH33合金。GH36表现为循环硬化;GH132基本属循环软化;GH33和GH33A合金出现多次循环硬化-软化现象。所有合金的Δε_T-N_f关系曲线在双对数坐标中呈线性关系,其高温低循环应变疲劳寿命可以Δε_TN_f~α=C方程来估算。     

不同控制模式下316L不锈钢的高温疲劳变形行为及寿命预测

在550℃下对核电用316L不锈钢进行应变控制(应变幅在0.3%～1.2%)、应力控制(应力幅在230～300 MPa)低周疲劳试验和应变控制蠕变疲劳试验(3种波形,拉伸保载60,180,600 s,压缩保载60,180 s,拉压对称保载180 s),通过疲劳寿命、循环响应特征和应力-应变滞回曲线分析了不同控制模式下试验钢的疲劳变形行为;构建疲劳寿命预测模型,评估了Manson-Coffin-Basquin模型、SWT模型和能量法模型对不同控制模式下试验钢疲劳寿命的预测能力。结果表明：在不同控制模式的疲劳循环载荷下,316L不锈钢的循环应力响应均包括循环硬化、循环软化和失效断裂3个阶段;在低周疲劳试验中,疲劳寿命随应变幅或应力幅的增大而缩短;在蠕变疲劳试验中,疲劳寿命随拉伸保载时间的延长而缩短,随压缩保载时间的延长而增大,这与动态应变时效和蠕变对疲劳损伤的综合作用有关;在相同保载时间下,压缩保载下的疲劳寿命比拉伸保载下的短,这与不同加载方向引起的氧化层致裂机制有关。能量法模型对316L不锈钢在不同控制模式下的疲劳寿命预测精度最高,预测精度在1.5倍误差带以内,Manson-Coffin...     

核电用接管安全端308L焊缝金属高温低周疲劳性能研究

在300℃高温环境下研究了核电用接管安全端308L焊缝金属的低周疲劳性能,获得了308L焊缝金属材料的循环应力-应变曲线及低周疲劳寿命曲线。基于疲劳过程中不同应变幅水平下循环应力-应变滞回环的试验结果,分析了应力峰值随疲劳循环数的变化规律,绘制了308L焊缝金属材料疲劳寿命曲线,并与ASME疲劳设计曲线进行对比,最后分析了308L焊缝金属的疲劳断口。试验结果表明,材料在高温条件下表现出循环软化直至失效; Basquin和Manson-Coffin关系可以很好地描述0. 3%～1. 0%应变幅范围内的应变-疲劳寿命曲线; 308L焊缝金属低周疲劳裂纹呈凸形扩展,并伴随有疲劳辉纹和二次裂纹出现。     

动态应变时效影响下热采井套管用80SH钢的高温低周疲劳行为

在温度为20,120,250,350,450℃和应变幅为0.5%,0.7%,1.0%,1.5%,2.0%条件下对热采井套管用80SH钢进行低周疲劳试验,研究了在动态应变时效(DSA)影响下的低周疲劳行为;基于低周疲劳试验数据,建立DSA影响下低周疲劳寿命与应变幅间的关系模型。结果表明:80SH钢在350℃时具有显著的DSA特性,此时80SH钢在高温低周疲劳过程中出现显著的二次硬化行为,导致晶粒内的位错塞积,阻碍裂纹的扩展,出现循环硬化,从而在疲劳断口中形成解理台阶和大量的二次裂纹;在DSA显著温度区间,疲劳寿命与弹性应变在双对数坐标系中呈双线性关系,而与塑性应变仍呈线性关系;Manson-Coffin线性模型和Basquin双线性模型的叠加能够较好描述DSA影响下80SH钢疲劳寿命与应变的关系。     

超临界温度下Inconel 617B的力学行为

针对Inconel 617B合金,分别完成了常温、700℃下单轴拉伸试验和等幅应变疲劳试验。基于漏斗试样有限元辅助测试(Finite-element-analysis Aided Testing,FAT)新方法获得了Inconel 617B合金在两种温度下直至破坏的单轴拉伸真实应力-应变试验关系,给出了材料临界破断应力、破断应变、应力应变描述新方程与参数;研究了两种温度下Inconel 617B合金的循环应力演化行为、循环本构关系、应变幅与寿命关系和超超临界服役温度效应。研究结果表明,超超临界温度使Inconel 617B合金的弹性模量、屈服强度、极限强度、临界破断应力、破断应变和试样颈缩后漏斗根部横截面中心点应力三轴度等力学性能降低显著;提出的真实应力-应变关系新方程对FAT获得的结果曲线描述良好;有限元辅助分析得出,试样漏斗根部横截面中心的应力三轴度最大,700℃下破断时最大应力三轴度远低于常温结果;Inconel617B合金在两种温度下均表现出明显的循环硬化特征,超超临界温度使得Inconel 617B合金的循环稳定寿命比例明显减小、抗疲劳性能显著降低;Manson-Coffin模型可良好描述两种温度下Inconel 617B合金的低周疲劳试验寿命结果。     

车轮应变疲劳性能及损伤演变规律研究

通过试验分析了Φ９１５喂线车轮的低周疲劳行为，测定了循环稳定和单调拉伸应力－应变曲线，给出了应变－寿命及应力－寿命关系，讨论了循环软化、循环硬化特性，导出应变疲劳损伤演变方程和寿命估算方程。列表给出车轮钢的全部应变疲劳参数和与之对应的静态参数，可供设计选材、寿命估算时使用。     

420℃下16MnR钢的寿命预测方法及疲劳设计曲线研究

提出另一种循环总应变能密度疲劳寿命预测方法，根据不同的应力比，给出对疲劳损伤起作用的循环总应变能密度计算表达式。针对应力控制下的脉动循环试验，设计两种加载方式把循环蠕变对寿命的影响与疲劳的影响区别开，将循环蠕变损伤与疲劳损伤进行线性累积，得到16MnR钢420℃兼有疲劳、循环蠕变影响的寿命预测方法，预测结果与实测结果吻合良好。将循环蠕变对寿命的影响扣除在外，得到16MnR钢375℃～420℃之间的疲劳设计曲线，对JB4732—95疲劳设计曲线作有益的补充。     

多轴变幅载荷下基于载荷支配模式的缺口件疲劳寿命预测方法

提出一种多轴变幅载荷下基于载荷支配模式的缺口件疲劳寿命预测方法。首先,通过循环计数方法确定多轴变幅载荷历程的计数循环(反复);其次,通过材料的循环应力应变关系和Neuber法推导出虚拟等效应变与真实等效应力之间的关系,并且分别将拉伸型和剪切型Shang-Wang多轴疲劳损伤参数替换虚拟等效应变幅来求解临界面上的真实等效应力幅;然后,通过真实等效应力幅和Neuber法则计算临界面上真实的拉压和剪切等效应变幅,并运用Manson-Coffin方程分别计算缺口部件的拉压和剪切疲劳寿命;最后,选择拉压和剪切疲劳损伤值中的较大值作为每个计数反复的疲劳损伤,并采用Miner法则进行疲劳损伤累积。缺口件多轴疲劳试验结果表明,采用基于载荷支配模式的缺口件疲劳寿命预测方法具有较高的预测准确度。     

不同取向镍基单晶高温合金在980℃下的低周循环变形行为

在980℃温度下,对不同取向镍基单晶高温合金DD6在不同低周疲劳条件下的循环变形行为进行了研究。结果表明:[001]取向的合金在高总应变幅下表现出循环硬化特征,在低总应变幅下表现为基本循环稳定;[011]和[001]取向合金具有大致相同的特征。应变速率会对合金的循环硬化曲线产生影响,在低应变速率的条件下,硬化曲线整体上是向下移动,循环应力峰值下降;施加的总应变幅越大,循环应力下降越明显;高应变速率使得两种取向合金在相同的总应变幅下硬化曲线的初始硬化速率上升,这种现象对于[111]取向的尤为明显。     

某乘用车催化器总成低周疲劳寿命预测

鉴于目前SUS441铁素体不锈钢催化器总成应用低周疲劳寿命预测经验通用公式精度低的不足,对SUS441材料进行高温拉伸试验数据采集,拟合修正了Manson-Coffin公式疲劳寿命预测参数;通过STAR-CCM+软件和ABAQUS软件建立基于体映射法的流-固-热耦合模型,分析了催化器总成在4个工作循环后的热负荷,对SUS441催化器总成进行低周疲劳寿命估计。结果表明,温度场仿真结果与试验数据在误差范围内,模型可信度高;利用修正公式得到应变-低周疲劳寿命曲线,进行寿命预测,通过发动机台架冷热冲击耐久试验证明修正公式比经验通用公式更准确,该结果可为催化器总成设计开发提供指导。     

汽轮机用3.5NiCrMoV钢和20Cr13钢的非对称应变疲劳行为与寿命预测

对汽轮机用3.5NiCrMoV贝氏体钢和20Cr13马氏体钢进行对称和非对称应变控制疲劳试验,对比研究其疲劳行为;采用基于对称应变疲劳参数的Morrow模型、SWT模型和Ellyin模型对非对称疲劳寿命进行预测,讨论模型的适用性.结果表明:3.5 NiCrMoV钢的非对称疲劳寿命不高于对称疲劳寿命,20Cr13钢的非对称疲劳寿命高于对称疲劳寿命;3.5NiCrMoV钢的对称和非对称循环应力相差较大,而20Cr13钢的对称和非对称循环应力相近;平均应力下降是非对称应变控制疲劳的共同现象,塑性应变变化是影响非对称疲劳寿命的主要因素;Morrow模型预测精度取决于应变比对疲劳寿命的影响,S WT模型不适用于非对称与对称疲劳循环应力-应变曲线相差较大的3.5NiCrMoV钢疲劳寿命预测,Ellyin模型对非对称与对称循环硬化趋势相近的20Cr13钢的非对称疲劳寿命具有较好的预测效果.     

GH4169镍基高温合金的高温低周疲劳性能

对国产GH4169镍基高温合金进行了总应变控制的高温低周疲劳试验,研究了其疲劳性能,分析了断口形貌。结果表明:试验合金具有较好的高温低周疲劳性能,与进口Inconel 718镍基合金的相近,但在较低的总应变范围下比Inconel 718合金的疲劳寿命要低;该合金在不同总应变范围下都表现出明显的循环软化行为;合金试样的疲劳断口呈多裂纹源性,疲劳源数量随总应变范围的降低和疲劳寿命的延长而减少;疲劳裂纹都萌生于表面,穿晶扩展到一定径向深度时,会出现沿晶扩展特征。     

7075/2A12异种铝合金搅拌摩擦焊搭接接头疲劳寿命预测研究

对7075/2A12异种铝合金搅拌摩擦焊搭接接头进行了疲劳加载测试,并观察了疲劳断口特征。根据实际试件结构建立局部应力应变法和缺口应力法有限元模型,对焊缝区域进行应力应变分析;结合Soderberg修正方程对Manson-Coffin(MC)模型中应力部分进行修正,再根据有限元分析结果,使用局部应力应变法和缺口应力法对异种铝合金搅拌摩擦焊搭接接头进行疲劳寿命预测。试验结果表明,有效搭接厚度严重影响试件的疲劳寿命;位于受载7075前进侧的钩状缺陷比7075后退侧钩状缺陷对疲劳寿命的影响大。与试验结果相比,局部应力应变法中,2组试件最小板厚处疲劳寿命的预测结果都要比钩状缺陷根部处疲劳寿命的预测精度高。部分试件结合Soderberg方程修正的MC模型预测误差大部分都在2个因子之内,而Smith-Watson-Topper(SWT)模型和其他MC修正模型预测结果均在3个因子之内,Sachs修正的MC模型和Morrow修正的MC模型的预测结果相近;缺口应力法中,部分试件预测结果较好,误差在2个因子之内。